TRATAMENTO TERCIÁRIO DE ESGOTO SANITÁRIO pdf. ?· origens como, doméstico, ... O esgoto sanitário…

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  • TRATAMENTO TERCIRIO DE ESGOTO SANITRIO

    VISANDO O RESO DA GUA

    L. A. OLIVEIRA1 e V. S. MADEIRA

    2

    1 Universidade Federal da Paraba

    2 Universidade Federal da Paraba, Departamento de Engenharia Qumica

    E-mail para contato: luanadeoliveira_@hotmail.com

    RESUMO O esgoto sanitrio um efluente formado por despejos de diversas

    origens como, domstico, comercial, rea institucional e industrial. Nesse trabalho o

    efluente utilizado o esgoto domstico previamente tratado por processos fsicos e

    bioqumicos de lagoas de estabilizao. Este efluente foi tratado por coagulao,

    utilizando o sulfato frrico, o cloreto frrico e o sulfato de alumnio como agentes

    coagulantes, seguida da floculao, decantao e filtrao. O objetivo do trabalho

    produzir gua tratada que possa ser reutilizada para fins como, irrigao de jardins e

    campos agrcolas, lavagem de pisos, pastagens, etc. Foi realizado um planejamento

    experimental onde o pH e a dosagem so as variveis de entrada do programa

    computacional Statistica 7. A partir das superfcies de respostas foi possvel encontrar

    o ponto timo de cada coagulante, onde os melhores valores da dosagem foram de 60

    mg/L para o sulfato frrico e cloreto frrico e de 40 mg/L para o sulfato de alumnio,

    e o melhor pH foi igual a 5 para todos os coagulantes. As melhores eficincias de

    remoo dos poluentes foram obtidas para o sulfato frrico, seguido do sulfato de

    alumnio e por ltimo o cloreto frrico. Sendo obtidas remoes de 95% na cor, 94%

    na turbidez e 79% na DQO, utilizando o sulfato de alumnio. Foi possvel ainda

    determinar a resistncia especfica da torta, obtendo valores de 2,52x1016

    m/kg para

    sulfato frrico, 1,91x1016

    m/kg para sulfato de alumnio e 1,18x1016

    m/kg para o

    cloreto frrico.

    1. INTRODUO

    Com a crescente preocupao com o meio ambiente, o tratamento de efluentes vem cada

    vez mais sendo estudado e otimizado a fim de encontrar melhorias em seu processo para que o

    impacto ambiental seja reduzido. O esgoto sanitrio um efluente formado por despejos de

    diversas origens como, esgoto domstico, esgoto comercial, esgoto da rea institucional e esgoto

    industrial. Este trabalho tem por objetivo aplicar um tratamento tercirio ao esgoto domstico

    previamente tratado, produzido pela empresa Companhia de guas e Esgotos da Paraba

    (CAGEPA), visando produzir gua de reso para fins que exijam qualidade de gua no potvel,

    rea temtica: Engenharia Ambiental e Tecnologias Limpas 1

  • mas sanitariamente segura, tais como, a irrigao de jardins, a lavagem de pisos e dos veculos

    automotivos, na descarga dos vasos sanitrios, na irrigao dos campos agrcolas, pastagens e etc.

    (NBR 13969/97). O efluente utilizado previamente tratado por processos fsicos, de

    gradeamento e caixa de areia, e por processos bioqumicos, por lagoas de estabilizao

    (facultativa e anaerbia) e o tratamento tercirio realizado de coagulao, floculao,

    decantao e filtrao. A motivao para o desenvolvimento deste trabalho est em produzir gua

    de reso, especialmente na regio Nordeste do pas, visando favorecer as reas escassas de gua e

    contribuir para a agricultura familiar. Pretende-se, com o tratamento, o atendimento da NBR

    13.969, Classe 1, que implica na obteno de uma gua tratada com turbidez menor do que 5

    FTU, coliformes fecais menores do que 200 NMP/100mL e pH entre 6 e 8.

    A estratgia do reso de gua utilizada em vrias cidades do mundo, como a cidade de

    Calcut na ndia que desde 1929 praticamente todo o esgoto bruto da cidade utilizado em

    tanques de criao de peixes e a cidade de So Petersburgo na Flrida que utiliza gua de reso

    desde 1977 para a irrigao de parques, campos de golfe, ptios escolares, gramados residenciais

    e reposio em torres de resfriamento (PROSAB, 2006; Mancuso e Santos, 2003).

    2. METODOLOGIA

    Os experimentos de coagulao, floculao e decantao foram realizados para selecionar o

    ponto timo de cada coagulante, ou seja, a melhor combinao de pH e dosagem dos coagulantes

    (sulfato frrico, cloreto frrico e sulfato de alumnio) que tero a maior eficincia de remoo dos

    poluentes. As dosagens testadas foram de 20, 40 e 60 mg/L para os coagulantes frricos e 20, 30

    e 40 mg/L para o sulfato de alumnio, e foram testados os pHs 5, 6 e 7. Foi realizado um

    planejamento experimental fatorial 22 com duas repeties no ponto central, resultando em seis

    experimentos para cada coagulante. O programa computacional Statistica 7 foi utilizado e atravs

    das superfcies de respostas pde-se selecionar o ponto timo, ou seja, o que obteve as melhores

    porcentagens de remoo dos poluentes.

    Os experimentos foram baseados em Richter (2009), onde, inicialmente era adicionado um

    litro do efluente em cada jarro do aparelho jar test, da marca Alfakit, e era iniciada a rotao de

    180 rpm. As doses de coagulante eram adicionadas e ajustava-se o pH com adio de hidrxido

    de sdio (1N) ou de cido sulfrico (2N). Aps ajuste de pH, deixava-se em agitao mxima por

    um minuto e em seguida reduzia a rotao do aparelho para 50 rpm e esperava-se a floculao

    por 15 minutos, posteriormente, desliga-se o aparelho e deixa decantar por uma hora. Aps

    decantao, uma amostra do sobrenadante era retirada para realizar as anlises de cor verdadeira

    (mgPt/L), turbidez (UNT ou FTU), cor predominante (mgPt/L), slidos suspensos totais (SST

    mg/L), demanda qumica de oxignio (DQO mg/L), demanda biolgica de oxignio (DBO

    mg/L), carbono orgnico total (COT mg/L), nitrato (NO3 mg/L) e surfactantes (SUR mg/L).

    Os procedimentos de anlises foram baseados em CLESCERI et al. (1999) e as anlises de cor,

    turbidez e cor predominante foram realizadas com o uso de espectrofotmetro, modelo U2M da

    rea temtica: Engenharia Ambiental e Tecnologias Limpas 2

  • marca Quimis, e as anlises de SST, DQO, DBO, COT, NO3 e SUR foram realizadas no

    equipamento Pastel UV, da marca Secomam. Com os resultados e as anlises das superfcies de

    resposta, pde-se encontrar o ponto timo de cada coagulante.

    Aps selecionado o ponto timo, foi realizado o tratamento tercirio completo

    (coagulao/floculao/decantao/filtrao), onde a filtrao do sobrenadante foi realizada

    atravs de um sistema de filtrao ligado a uma bomba de vcuo da marca Solab, modelo SL 60.

    A filtrao do lodo decantado tambm foi realizada com o objetivo de encontrar a resistncia

    especfica da torta, a fim de utilizar estes dados no dimensionamento de um filtro industrial. Para

    isso, um volume conhecido de lodo era filtrado e computava-se o tempo que esse lodo passava

    para ser filtrado, com esses dados foi possvel obter a curva de filtrao (t/V versus V) e com a

    equao da reta foi possvel encontrar o valor de Kp, parmetro necessrio para encontrar a

    resistncia especfica da torta (), como pode ser observado pelas equaes retiradas do Foust et

    al. (1982).

    Kp B

    Integrando obtm-se a Equao 3:

    A partir do valor de Kp pode-se encontrar a resistividade da torta (), pela Equao 4:

    Onde: a resistncia especfica da torta (m/kg); Kp obtido pelo coeficiente angular da

    reta (s/m6); A a rea transversal do filtro (m

    2); (-p) a presso que est ocorrendo a filtrao

    (Pa); a viscosidade dinmica do fluido (Pa.s); Cs,a a concentrao de slidos na alimentao

    (kgslidos/m3

    filtrado); V o volume total acumulado de filtrado (m3); t o tempo (s).

    Para encontrar Cs,a foi utilizada uma termobalana da marca BEL, onde colocava-se um

    volume conhecido do lodo e iniciava-se a secagem (com um mximo de 110C) com objetivo de

    retirar toda a gua presente na amostra ficando apenas o slido. Com a massa de slidos e o

    volume que foi adicionado na termobalana possvel calcular o Cs,a. A filtrao vcuo foi

    realizada com uma diferena de presso de 600 mmHg, ou seja, 79.993,42 Pa, com rea de

    filtrao de 0,00126 m2 e viscosidade dinmica do efluente igual a 0,0008903 Pa.s (25C).

    rea temtica: Engenharia Ambiental e Tecnologias Limpas 3

  • 3. RESULTADOS E DISCUSSO

    Aps os experimentos de coagulao, floculao e decantao, amostras do sobrenadante

    foram retiradas para anlise das respostas dos poluentes. Atravs das superfcies de resposta

    pde-se escolher o ponto timo para cada coagulante. A Tabela 1 mostra as respostas da matriz

    de planejamento e a Figura 1 mostra as superfcies de resposta para os poluentes cor, turbidez e

    DQO para o tratamento com o sulfato frrico.

    Tabela 1 - Respostas do planejamento fatorial para o sulfato frrico

    Exp. pH Dosagem Cor Turbidez Cor pred. SST DQO DBO COT NO3 SUR

    1 - (5) - (20) 205,273 25,3470 142,9055 5 128 18 26 1 1,9

    2 + (7) - (20) 419,663 49,9238 439,1535 82 210 29 43 1 1,8

    3 - (5) + (60) 45,455 6,1325 25,9655 10 36 15 11 1 2,5

    4 + (7) + (60) 64,945 8,8136 41,5575 40 115 16 23 1 1,9

    5 0 (6) 0 (40) 53,251 7,47305 37,6595 16 49 18 15 1 2,7

    6 0 (6) 0 (40) 57,149 6,57935 29,8635 24 63 18 18 1 2,3

    Onde: Dosagem (mg/L); Cor (mg/L PtCo); Turbidez (FTU); Cor pred. (mg/L PtCo); SST,

    DQO, DBO, COT, NO3 e SUR em (mg/L).

    Figura 1 Superfcies das respostas cor, turbidez e DQO para o sulfato frrico.

    rea temtica: Engenharia Ambiental e Tecnologias Limpas 4

  • A Tabela 2 mostra as respostas da matriz de planejamento e a Figura 2 mostra as

    superfcies de resposta para os poluentes cor, turbidez e DQO para o tratamento com o cloreto

    frrico.

    Tabela 2 - Respostas do planejamento fatorial para o cloreto frrico

    Exp. pH Dosagem Cor Turbidez Cor pred. SST DQO DBO COT NO3 SUR

    1 - (5) - (20) 361,194 35,625 252,050 35 95 30 27 1 3,1

    2 + (7) - (20) 649,646 74,947 692,524 52 143 41 38 1 2,1

    3 - (5) + (60) 103,926 13,729 84,436 8 35 18 12 1 3,1

    4 + (7) + (60) 407,970 38,753 337,806 22 68 28 22 1 2,7

    5 0 (6) 0 (40) 427,460 43,668 392,378 29 84 33 27 1 3,4

    6 0 (6) 0 (40) 411,868 45,455 411,868 30 89 30 26 1 3,0

    Onde: Dosagem (mg/L); Cor (mg/L PtCo); Turbidez (FTU); Cor pred. (mg/L PtCo); SST,

    DQO, DBO, COT, NO3 e SUR em (mg/L).

    Figura 2 Superfcies das respostas cor, turbidez e DQO para o cloreto frrico.

    A Tabela 3 mostra as respostas da matriz de planejamento e a Figura 3 mostra as

    superfcies de resposta para os poluentes cor, turbidez e DQO para o tratamento com o sulfato de

    alumnio.

    rea temtica: Engenharia Ambiental e Tecnologias Limpas 5

  • Tabela 3 - Respostas do planejamento fatorial para o sulfato de alumnio

    Exp. pH Dosagem Cor Turbidez Cor pred. SST DQO DBO COT NO3 SUR

    1 - (5) - (20) 170,192 20,879 131,212 12 45 21 16 1 3,1

    2 + (7) - (20) 209,172 20,432 135,110 11 50 25 17 1 3,2

    3 - (5) + (40) 80,538 11,048 68,844 6 33 18 12 1 2,8

    4 + (7) + (40) 107,824 13,729 76,640 6 43 22 15 1 3,4

    5 0 (6) 0 (30) 84,436 12,388 72,742 5 34 19 13 1 3,3

    6 0 (6) 0 (30) 115,620 12,388 72,742 5 35 20 13 1 3,4

    Onde: Dosagem (mg/L); Cor (mg/L PtCo); Turbidez (FTU); Cor pred. (mg/L PtCo); SST,

    DQO, DBO, COT, NO3 e SUR em (mg/L).

    Figura 3 Superfcies das respostas cor, turbidez e DQO para o sulfato de alumnio.

    Pelas Tabelas e Figuras de 1 a 3 observou-se que os menores valores para as respostas

    foram obtidas para o ponto 3, ou seja, o ponto timo escolhido foi pH igual a 5 e dosagem igual a

    60 mgFe+3

    /L para os coagulantes frricos e pH igual a 5 e dosagem igual a 40 mgAl+3

    /L para o

    sulfato de alumnio.

    Selecionado o ponto timo de cada coagulante, foi realizado o tratamento completo

    (coagulao/floculao/decantao/filtrao) do efluente objetivando o reso da gua. A Figura 4

    mostra as porcentagens de remoo dos poluentes para os trs agentes coagulantes.

    rea temtica: Engenharia Ambiental e Tecnologias Limpas 6

  • Figura 4 Comparao da porcentagem de remoo dos poluentes no tratamento tercirio

    utilizando trs diferentes coagulantes.

    Observa-se que o sulfato frrico obteve a melhor eficincia dentre os trs coagulantes

    analisados, seguido do sulfato de alumnio e por ltimo o cloreto frrico, indicando que o nion

    sulfato tem melhor comportamento para o tratamento de efluentes do que o nion cloreto, mesmo

    sendo utilizada uma menor concentrao no tratamento com o sulfato de alumnio (40 mgAl+3

    /L)

    do que com o cloreto frrico (60 mgFe+3

    /L). Isso acontece porque os flocos formados utilizando

    os coagulantes de sulfato so maiores que os de cloreto, portanto h uma maior eficincia na

    remoo. Ou seja, os coagulantes de sulfato frrico e de alumnio, tem grande potencial nos

    tratamentos de efluentes.

    Para a filtrao do lodo decantado, foi possvel obter as resistncias especficas da torta

    para os trs coagulantes analisados. Sendo a resistncia da torta do sulfato frrico a maior

    (2,52x1016

    m/kg) dentre os trs coagulantes, seguido da resistncia do sulfato de alumnio

    (1,91x1016

    m/kg) e do cloreto frrico (1,18x1016

    m/kg). Esse foi um resultado desfavorvel, pois,

    observando a Equao 1 tem-se que, uma maior resistncia, implica em maior tempo de filtrao,

    o que no bom para um processo industrial.

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    90,00

    100,00

    Cor Turbidez SST DQO DBO COT SUR

    Remoo dos poluentes no tratamento

    tercirio do efluente

    Fe2(SO4)3 FeCL3 Al2(SO4)3

    rea temtica: Engenharia Ambiental e Tecnologias Limpas 7

  • 4. CONCLUSO

    O tratamento do esgoto domstico por coagulao/floculao/decantao/filtrao se

    mostrou bastante eficaz na remoo dos poluentes, obtendo remoes de 95% para a cor, 94%

    para turbidez e 79% para DQO quando tratado com o sulfato frrico. Embora o parmetro

    turbidez tenha ficado fora do aceitvel pela NBR 13.969/97, uma simples clorao poderia ser

    suficiente para tornar apta a gua tratada. O coagulante sulfato de alumnio obteve melhor

    eficincia, seguido do sulfato de alumnio e por ltimo o cloreto frrico, indicando que o nion

    sulfato tem melhor comportamento para o tratamento de efluentes do que o nion cloreto, sendo

    explicado pelo fato de flocos de sulfato serem maiores que os de cloreto.

    Por fim, os valores das resistncias especficas da torta foram bastante prximos, sendo de

    2,52x1016

    m/kg para o sulfato frrico, 1,91x1016

    m/kg para o sulfato de alumnio e 1,18x1016

    m/kg para o cloreto frrico. Com esse parmetro possvel dimensionar o tempo de filtrao para

    um processo industrial.

    5. REFERNCIAS

    CLESCERI, L. S.; GREENBERG, A. E.; EATON, A. D. Standard Methods for the Examination

    of Water and Wasterwater. American Public Health Association (APHA), 20 edio, 1999.

    FOUST, A. S.; WENZEL, L. A.; CLUMP, C. W.; MAUS, L.; ANDERSEN, L. B. Princpios

    das operaes unitrias. Editora LTC, 1982.

    MANCUSO, P.C. S.; SANTOS, H. F. Reso de gua. Editora Manole, 2003.

    NBR 13969/97. Tanques spticos - Unidades de tratamento complementar e disposio final dos

    efluentes lquidos - Projeto, construo e operao. Associao Brasileira de Normas Tcnicas

    ABNT, 1997.

    PROSAB. Programa de Pesquisa em Saneamento Bsico. Ministrio da Cincia e Tecnologia.

    FINEP, 2006.

    RICHTER, C. A. gua: mtodos e tecnologia de tratamento. So Paulo: Editora Blucher, p. 307-

    311, 2009.

    rea temtica: Engenharia Ambiental e Tecnologias Limpas 8